WASHINGTON, D. C. - Dünya'nın derinliklerinde, gezegenin manyetik alanını yaratan bir dinamo var - dönen türbinler tarafından değil, dönen sıvı demir akışlarıyla çalıştırılan bir tür jeneratör. Bu dinamonun işleyişi gözlemlenemez, ancak bilim adamları "jeodinamo"nun işleyişine ve Dünya'nın çekirdeğinin davranışına dair yeni ve güçlü içgörüler elde etmek için bilgisayar simülasyonlarını kullandılar.
Geodinamo'nun ilk kendi kendine tutarlı, üç boyutlu bilgisayar simülasyonu, şu anda California Üniversitesi, Santa Cruz'da yer bilimleri profesörü olan Gary Glatzmaier ve matematik profesörü Paul Roberts tarafından 1995 yılında gerçekleştirildi. UCLA. Glatzmaier, Roberts ve iş arkadaşları o zamandan beri simülasyonlarını geliştirip genişleterek gezegenin iç işleyişine yeni bir ışık tuttular.
Glatzmaier, grubun en son bulgularını 20 Şubat Pazar günü Washington, D. C.'deki American Association for the Advancement of Science'ın yıllık toplantısında sundu
Glatzmaier-Roberts jeodinamo modeli, esasen Dünya'nın çekirdeğinin fiziğini tanımlayan karmaşık bir denklemler dizisidir. Bilim adamları uzun zamandır jeomanyetik alanın arkasındaki mekanizmanın, katı bir iç çekirdeği çevreleyen Dünya'nın sıvı dış çekirdeğinin hareketini içerdiğini tahmin etmişti. Her ikisi de esas olarak demirden oluşur. Katı iç çekirdek, yaklaşık olarak ay boyutundadır ve güneşin yüzeyi kadar sıcaktır.
Çekirdekten gelen ısı akışı nihayetinde jeodinamoyu harekete geçirir. Glatzmaier, "Temel olarak, her şey çalışıyor çünkü Dünya soğuyor." Dedi. Soğutma işlemi, herhangi bir elektrik akımı gibi bir manyetik alan oluşturan bir elektrik akımı üreten dış çekirdekte sıvı hareketleriyle sonuçlanır.
Glatzmaier-Roberts jeodinamo modelinin ilk başarılarından biri, kuzey ve güney manyetik kutupları yer değiştirdiğinde Dünya'nın manyetik alanının tersine çevrilmesinin simülasyonuydu. Bu fenomen, kayaların oluştuğu sırada Dünya'nın manyetizmasının yönünü ve gücünü gösteren kayalarda saklanan paleomanyetik kayıtlara göre gezegen tarihinde birçok kez meydana geldi.
"Dünya'nınkine çok benzeyen ve tersine dönen model tarafından oluşturulan bir manyetik alan elde edebildik," dedi Glatzmaier.
Model, katı iç çekirdeğin Dünya yüzeyinden biraz daha hızlı dönmesi gerektiğini de öngördü. Bu tahmin daha sonra çekirdekten geçen sismik dalgalardan elde edilen kanıtları kullanan diğer araştırmacılar tarafından desteklendi.
Son beş yılda Glatzmaier ve çalışma arkadaşları, bilgisayar kapasitesindeki ilerlemelerden yararlanarak modellerinin kesinliğini ve çözünürlüğünü geliştirdiler. Şimdi, 300.000 yıla kadar uzanan ve paleomanyetik kayıtlarda görülene çok benzer bir manyetik alan tersine dönüş modeli gösteren simülasyonlar yürüttüler.
"Simülasyonu 200.000 yıl boyunca çalıştırabiliriz ve manyetik alan çok uzun bir süre boyunca sabit kalır - bu denklemleri çözdüğümüz milyonlarca zaman adımı. Sonra bin yıl içinde kutupları tersine çevirir ve Glatzmaier, "Bunu görmek bizi çok mutlu etti, çünkü bu aynı zamanda Dünya rekorunda da gördüğümüz şey, " dedi.
Ters dönüşlerin jeodinamo üzerindeki harici bir etki tarafından tetiklenmediğini kaydetti. "Bu sadece dinamo sisteminin doğrusal olmayan, kaotik doğasından kaynaklanıyor," dedi.
Grubun en son çabaları, jeomanyetik geri dönüşlerin sıklığını kontrol etmede mantonun rolüne odaklandı. Mantodaki sıcaklık değişimleri, dış çekirdekten mantoya eşit olmayan bir ısı akışı modeline neden olur, dış çekirdeğin akışkan dinamiklerini etkileyebilir. Böylece Glatzmaier'in grubu simülasyonlarını çekirdek-manto sınırı boyunca sekiz farklı ısı akışı modeli kullanarak yürüttü.
Nature dergisinin 28 Ekim 1999 tarihli sayısında yayınlanan sonuçlar, manto tarafından belirlenen ısı akışı modelinin jeodinamo davranışı üzerinde büyük bir etkisi olduğunu gösterdi. Manyetik alan tersine çevrilmesinin en Dünya benzeri modeli, nispeten düzgün bir ısı akışı modeliyle meydana geldi. Bu, bilim adamlarının mantodaki termal varyasyonun kapsamını olduğundan fazla tahmin etmiş olabileceklerini veya manto bileşimindeki varyasyonların termal varyasyonları telafi edebileceğini gösteriyor.
"Tüm cevaplara sahip olduğumuz için hâlâ tatmin olmaktan çok uzağız," dedi Glatzmaier. "Model, bilinmeyeni keşfetmenin bir yolu ve çok umut verici görünüyor çünkü sonuçlar gerçek manyetik alana çok benziyor. Ancak ayrıntılara daha az güveniyoruz ve bu noktada daha güçlü bilgisayarlar yardımcı olacak."
Bilgisayar simülasyonlarından elde edilen renkli görüntüler de dahil olmak üzere jeodinamo hakkında ek bilgiler Web'de http://es.ucsc.edu/~glatz/geodynamo.html. adresinde bulunabilir.
